不整合面结构与隐蔽油气藏分布模拟实验研究.pdf
l 0 第 2 7卷 第 l期 大庆石油地质与开发P . G . O . D . D . 2 0 0 8年 2月 文章 编号 1 0 0 0 - 3 7 5 4 2 0 0 8 0 1 - 0 0 1 0 - 0 3 不整合面结构与 隐蔽油气 藏 分布模拟 实验研 究 刘海涛 ,史建南 1 ,中国石油 勘探开发研究院 ,北京1 0 0 0 8 3 ;2 ,成都理工大学 沉积地质研究院 ,四川 成都6 1 0 0 5 9 摘要不整合面是 叠合盆地的重要油气输导通道 ,并在很 大程度上控制着油气的分布。深入探讨与不 整合面有关的隐蔽油气藏类型和不整合面结构对隐蔽油气藏分布、含油气性的影响及其控制作用是 目 前隐蔽油气藏勘探 、成藏机理研究的热点与前沿。二维模型物理模拟 实验结果表 明 1 不整合 面 的风化粘土层是下伏油气藏 良好 的封盖层 ; 2 受物性、非均质性及连通性影响,底部半风化岩层 可成为油气运移的有效输导层或侧 向封堵层 ; 3 层 间断层 的存在 沟通 了不整合 面底部半风化岩层 和项部底砾岩层 ,构成 了油气运移的高效 “ 双通道”输导网络 ,即在不整合面上 、下均可形成岩性 、 地层或复杂型隐蔽油气藏。 关键词不整合 面结构 ;模拟实验 ;隐蔽油气藏;准噶 尔盆地 中图分类号 T El 2 2 . 3 2 2 文献标 识码 A Ana l y s i s on t he s i mu l a t i o n e x p e r i me nt s o f un c o n f o r mi t y s t r u c t u r e a n d e l u s i v e r e s e r v o i r d i s t r i b utio n L I U Ha 1 . T a o .S HI J i a n . n a n 1 . R e s e a r c h I n s t i t u t e o fP e t r o l e u m E x p l o r a t i o n a n d D e v e l o p m e n t ,P e t r o C h i n a,B e n g 1 0 0 0 8 3 ,C h i n a ; 2 . C h e n g d u U n i v e r s i t y of T e c h n o l o g,C h e n g d u 6 1 0 0 5 9 ,Chi na Abs t r a c t Un c o n f o r mi t y s u r f a c e s a r e i mp o r t a n t h y d r o c arb o n c o n d u c t i v e c h a n n e l s f o r s up e r p o s i t i o n b a s i n s an d d o mi na n t l y c o n t r o l t h e h y d r o c arb o n d i s t r i b u t i o n .T h e h i g h l i g h t an d l e a d i n g f o c u s o f e l u s i v e r e s e r v o i r e x p l o r a t i o n a n d h y d r o c arb o n g e n e s i s a n a l y s i s are t he di s c u s s i o n a b o u t the i n flu e n c e s a n d c o n t r o l o f the t y p e s o f e l u s i v e r e s e rvo i r s rel a t e d t o u n c o nfo rm i t y s u rf a c e s a n d u n c o nfo rm i t y s t r u c t u res o n t h e d i s t r i b u t i o n and p r o p e rti e s o f e l u s i v e r e s e rvo i r s .Th e r e s u l t o f 2 - d e me n s i o n mo d e l p h y s i c a l s i m u l a t i o n e x p e r i m e n t i n d i c a t e s t h a t 1 t h e d e c o m p o s e d c l a y l a y e rs o f u n c o nfo rmi t y s u rf a c e are g o o d s e al i n g c a p r o c k fo r u n d e r l y i n g r e s e rvo i r s ; 2 t h e b o t t o m p a rt i al d e c o mp o s e d r o c k l a y e rs w o u l d b e c o me e f f e c t i v e c o n d u c t i n g c h a n n e l s o r l a t e r al s e a l i n g z o n e s d u ri n g h y d r o c arbon mi g r a t i o n ,s u b j e c t e d t o p h y s i c al p rop e rt y , a n i s o t rop y and c o n n e c t i v i t y ; 3 t h e b o t t o m p a r t i al d e c o m po s e d r ock l a y e rs a n d the u p p e r b a s a l c o n g l o m e r a t e are c o n n e c t e d b y t h e f a u l t s e x i s t e d i n t e r l a y e r s , wh i c h c o mpo s e d a n e ffe c t i v e “ d o u bl e c h a n n e l s ” c o nd u c t i v e n e t wo r k f o r h y d roc arb o n mi gra t i o n, i n o the r wo r ds ,t h e l i tho l o g i c, s t r a t i gra p hi c a n d c o mp l e x t y p e s o f e l u s i v e res e rvo i rs mi g h t e x i s t a b o v e o r u n d e r the un c o nfo rm i t y s u rfa c e s . Ke y wo r d s u n c o nfo rm i t y s t r u c t u r e ;s i mu l a t i o n e x p e r i me n t ;e l u s i v e r e s e rvo i rs;J u n g g a r Ba s i n 1 问题 的提出 随着勘探程度的提高,隐蔽油气藏勘探向复杂条 件拓展 。近年来 ,与不整合面有关 的隐蔽油气藏 倍受同行关注 ,其焦点主要是隐蔽油气藏类型和不整 合面结构对隐蔽油气藏分布 、含油气性的影响及其控 制作用 。由于多期抬升 、沉降 ,叠合盆地通 常发 育多个不整合面,然而不整合结构及其变化的控制机 制 尚不十分清楚 ,通过对不整合面结构及其变化 的系 统对 比,建立特定条件下不整合结构的变化模式 ,是 基金项 目国家 自然科学基金 重点项 目 批准号 4 0 2 3 8 0 5 9 和教育部科学技术研究重大项 目 批 准号 1 0 4 1 9资助。 收稿 日期 2 0 o 7 2 一 l 0 作者简介 刘海涛 1 9 7 8一 ,男,湖南隆回人,博士研究生, 从事含油气系统成藏动力学研究。 维普资讯 2 0 0 8年 2月 刘海涛等 不整合面结构与隐蔽油气藏分布模拟实验研究 . 1 1. 预测相关隐蔽油气藏的基础 ] 。准噶尔盆地侏罗系 / 白垩系 J / K之间的不 整合 较具代 表性 ,其纵 向 上具有三层结构 图 1 古土壤层 、其上 的底砾岩 和其下的半风化岩层。不整合面结构特别是古土壤层 的厚度及封闭能力 、古土壤层之下半风化岩层 的厚度 及渗透性能是研究与不整合面有关的隐蔽油气藏的关 键 。针对上述理论问题,结合准噶尔盆地中部勘探区 块实际地质特征u H 构建物理模拟实验模 型,试 图 正演与不整合面/ 层 间断层相关 油藏的成藏条件 ,探 讨在原 油连续 稳态充注下 ,这种特定岩性配置 的低角度不整合对油气藏侧 向及顶部的封堵性及层间 小断层 的沟通性 。目的在于揭示准噶尔盆地 中部地区 与不整合面有关 的隐蔽油气藏 的形 成条件 与主控 因 素,进而总结油气藏 的分布规律。 S P / -V 渗 透 率 孔 隙 度 t 2 1 / % 9 S i / % K / % 魏 层 位 深 度 岩 性 『 10 pm I / % o .2 T i / % 0 2 5 3 3 1 5 3 5 G R/ P I /m N a/% 。 a/ 。 解 释 1 1 o o 2 o 2 6 F e / % 5 5 2 2 Z8 -57 0 0 - / ‘ 、 A 1 \ 7 4 o _ e \ K K 1 t g { ca\ 578o_ . 底砾岩 5 8 2 o _ 8 古土 壤 半风 化 1 . . 岩石 -5 8 6 O - J 2 x 2 -5 9 D o _ 目浅灰色泥岩 国褐色泥岩巨弓 泥岩与粉砂岩间互层 目浅 灰色粉砂岩 巨虽浅灰色细砂岩目浅灰色粗砂岩 图 1准噶尔盆地 Y 1 井侏罗系 /白垩系之间不整合的结构 F i g . 1 U n c o n f o r m i t y s t r u c t u r e s b e t w e e n J u r a s s i c a n d C r e t a c e o u s i n w e l l Y 1 ,J u n g g a r B a s i n 2 实验模型与实验方法 本次实验应用中国石油大学油气成藏机理教育部 重点实验室 自行研制的油气运移 、聚集二维模 型 8 J 5 0 a m x 3 0 a m x 3 a m ,模型前面为透明玻璃板 ,可 直接观察到油气 的充注情况。实验用砂为沈阳市玻璃 珠厂生产的各种粒度纯净 白色石英砂 ,具亲水性且润 湿角近于 0 。 ;用油为中性煤油,密度为 0 . 7 5 g / a m , 粘度 2 5 o C约4 2 m P a S ,为了使油 、水之间有明 显的反差 ,实验用微量天然色素将煤油染成棕红色; 用水为蒸馏水 ,密度为 1 . 0 g / a m ,粘度 2 5 o C 1 m P a S 。实验模型如图 2所示 。J / K之间不整合 的纵 向结构分别由 3 模型上部号砂体 、2号粘土及 4 / 5号砂体所代表 ,其 中4 / 5号砂体物性设置不同表示 半风化岩层储层物性侧 向上的非均质性。层间小断层 是 由喜 山期构造运动产生 ,故其倾角与断距均设置较 小。两个注入 口 a 、b分别代 表不整合 面下侏罗系 、 二叠系两套源岩供油 ,出口 C 、d等高 高于模型顶 部 1 1 a m ,且分别位于不整合纵 向序列 的上部底 砾 岩层和下部的半风化岩层。 注 卜 泥岩; 2 一风化粘土 3 、 4 、 5 一砂体、 物性分别为中等 粒径0 . 1 ~O . 1 5 m m 渗透率 1 1 5 6 1 0 u m 、 最小 a0 5~ Q 1 mm 4 1 6 X l O um 、 最大 Q 1 5~Q n m ; 2 2 5 6 1 0‘0 u m ; 6 --层间小断 层 粒径0 . 1 5~O . 2 1 11m 渗透率2 2 5 6 X1 0 ’ 。 um2 ; 砂层3厚度S e re, 粘土 层 2 厚度 4 c m , 砂层 4 、 5厚度 2 c m 不 整合下部砂层产状 3 O 。 , 断层产状与砂层产状基本一致。 图 2低角度不整合 、 有断层输导的单一油相充注 实验模型示意图 F i g . 2 S k e t c h o f S i n g l e o i l i n j e c t i o n e x p e r i m e n t s i ml a t i o n s u b j e c t t o l o w a n g l e c o n f o r m i t y a n d f a u l t c a r r i e r 根据准噶尔盆地中部地 区油气成藏特征 ,考虑到二叠 和侏罗系两套源岩不 同的充 注过程 ,本次设 计 a 、b 人 口同时连续稳态充注 单一 油相 ,开始 b人 口的 流量 大 0 . 3 m L / mi n ,a人 口流 量 小 0 . 1 mL / m i n ;等到任一 出口溢油后调 整至 a人 口的流量 大 0 . 3 mL / m i n ,b人口流量小 0 . 1 m L / m i n ,实验 进行到从 a口充注 的油溢出时停止。期间每隔 1小时 观察 、照相 、记 录 注入量 、注入 压力 、排水量 及 排油量 一次 ,颜色深浅表示含油饱和度的高低 。 3 实验结果与讨论 单一油相连续 稳态 充 注实验过程及结 果见 图 3 A F 开始充 注时 ,油沿两 个砂 体 向上运 移 ,其中 b人口的油先运移至不整合面附近 ,然后顺 着层间小断层穿过不整合面 向上部底砾岩地层充注 , 并较快速地侧 向运移至出口 C 处 ,而在不整合面下部 油的侧向运移距离较小,效果不甚明显。随着油的不 断注入及充注压力的增大有较少部分油运移至半风化 岩层物性较差的储层 中 4号砂体 , .。此时 ,沿 a人 口充注的油也已到达半风化岩层 ,在物性较好的储层 中充注较多 ,侧 向上 向物性较差的储层 中充注甚少 , 垂 向上没有 向上穿过不整合 向上运 移的迹象。最后 , 随着充注压力的进一步增大 ,油开始缓慢的向半风化 岩层 中物性较差处运移 ,出口 d开始排 出少量的油 , 实验停止 ,记录断层及砂体含油性。底部两个 3号砂 体含油饱和度为 8 5 % 、5号砂体 、层间断层及 C出 口 附近 9 0 % ,4号砂体为 4 0 %左右。 不整合面是很多叠合盆地的重要油气输导通道并 在很大程度上控制油气 的分布,准噶尔盆地由于多期 维普资讯 l 2 大庆石油地质与开发P . G . 0 . D . D . 第 2 7卷第 1 期 一 一 一 一 a , b 口注油量9 . 2 2 / 9 8 . 4 6 - L .注油压力1 / S a ,c / d 口捧液J t T / L .注油时间3 0 u i m B e J b 口 注油量3 9 . 2 / 镐. 3 9 n L ,注油压力8 / s k P a ,c / d 口 捧液量2 o / 2 6 N L ,注油时间1 2 0 u i n c a / b 口注油量1 0 4 . 6 9 / 5 3 . 5 a L ,注油压力5 / 6 k P a ,c / d 口捧液量7 6 1 . L ,注油时间3 6 o I i n l a a / b 口 注油量1 1 5 . 4 2 / 4 8 . 2 3 a L ,注油压力8 / s k P a ,c / d rl 捧 t m/ 6 5 .注油时间4 0 0 I i n D a / b 口注油量1 4 9 . e / s 3 . 9 2 1 L ,注油压力1 7 / 1 9 k l ,c / d G捧液量1 6 8 , l l l m L ,注油时间5 5 0 ra i n ; O 0 a , b 口注油量5 2 6 . 8 1 2 6 . 2 3 m L ,注油压力2 0 / 2 1 ,c / d G捧 [ 12 4 3 / 1 3 8 u L ,注油时间9 0 i n 。 图3 单一油相连续 稳态充注条件下油运移、聚集的过程与结果示意图 Fi g. 3 S k e t c h o f hy d r o c a r bo n mi g ra ti o n a nd a c c us ul a ti o n u n d e r t h e co ndi ti o n c o n s i s t e n t s t a b l e s i n g l e o i l i n j e c t i o n 抬升 、沉降 ,发育多个不整合面,并发现了不整合与 泥岩联合封闭及不整合 、泥岩 、岩性/ 岩相变化联合 封闭的 “ 复杂” 隐蔽 油气 藏。本次实验 的启示也 正 是如此,即不整合面垂 向岩性组合及侧 向均质/ 非均 质性的不 同样式对 油气输导 、储 存 、封盖 的意义 不 同。如本实验不整合下部半风化岩层的 5号砂体物性 较好 ,是存储油气的有利储集层 ,而 4号砂体和风化 粘土层 一定压力范围内分别在侧 向/ 顶部构成 了 油气运聚的封堵层。另外 ,如果有层间断层穿过不整 合面沟通半风化岩层和上部底砾岩 ,则将构成油气输 导的上 、下双层快速通道 ,可在不整合底部形成上倾 削截和顶部形成地层超覆型隐蔽油气藏。进一步证 明 了不整合结构对油气成藏与分布的重要意义主要表现 在古土壤层及其封 闭能力和半风化 岩层 的厚度及其 孔 、渗性能的改造两个方面。古土壤层的封闭能力取 决于古风化作用程度 、古土壤层 的厚度及性质 ,发育 良好 的古土壤层通常具有较强的封闭能力,不仅可以 封闭常压油气,而且可以封闭超压和超压油气 9 I驯。 古土壤层之下半风化岩层 的孔 、渗性能取决于该地层 的岩石学性质 、风化改造前的孔 、渗特征和风化改造 程度 ,并且同一不整合面的不同部位 ,半风化地层的 孔 、渗性能存在差异 。例如,z l 井 J / K不整合 的古 土壤层 厚度 为 2 m,其 下 半 风化 岩层 的厚 度 约 为 1 0 m , 渗透率低,平均小于 51 0 ~ m ;Y 1 井 J / K 不整合的古土壤层厚度为 3 2 m,其下半风化岩层 的 厚度达4 0 m,渗透率平均高于5 1 0 ~ m 。 4 结论 不整合面的三层结构在垂 向和侧向上分别对油气 成藏与分布起着不同的控制作用 。古土壤层可成为良 好的顶部封盖层 ;由于地表水淋滤和溶蚀作用使得下 部半风化岩层 的孔 、渗性能通常有所提高,可成为油 气充注较好的输导层/ 储层 ,但 由于其侧向存在非均 质性 ,油气 一定压力范 围内 在物性 、连通性差 的区域可被侧向封堵 ;再有 ,如果存在层间断层 ,那 么断层作为桥梁 ,沟通了不整合底部和上部储层 ,共 同构建了油气充注的三维立体输导网络 ,同时油气可 在不整合下部半风化岩层形成上倾削截和顶部底砾岩 层形成地层超覆型隐蔽油气藏 。 致谢 感谢中国石油大学油气成藏机理教育部重 点实验室曾溅辉教授的帮助与指导。 参考文献 [ 1 ]谯汉生 ,王 明明 .渤 海 湾 盆地 隐蔽 油气 藏[ J ].地学 前 缘 , 2 0 0 0,7 4 4 9 7 - 5 0 6 . 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